氏名 藤田和孝 所属 機械工学科 専門分野：材料強度学
助成金額 70万円
研究目的
単相の薄膜アモルファス合金およびバルク金属ガラス（BMG）の疲労限度は，引張強さに比して約4％程度と結晶合金に比べると極めて小さいことが知られている．しかし，極最近の申請者らの研究結果によると，ナノ結晶をガラス相中に分散すること等により，その値が大きくなることが分かってきた．
そこで本研究では，ナノ結晶を分散させた種々の金属基BMGを対象に疲労寿命試験を行い，疲労限度を明らかにするとともに，その強化メカニズムを検討することを目的とする．
研究方法
供試材は，銅鋳型鋳造法により作製した組成がTi41.5Zr2.5Hf5Cu42.5Ni7.5Si1
at%およびCu60Zr30Ti10 at%の直径2mmのBMG丸棒（それぞれ以下ではTi基BMGおよびCu基BMGと呼ぶ）である．透過型電子顕微鏡(TEM)での組織観察の結果は，両試料とも直径数nmの結晶が分散していた．引張強さ（σB）およびヤング率（E）はTi基BGAがそれぞれ2040MPa，95GPa19)，Cu基BGAがそれぞれ2000MPa，114GPa
17)である．
試験片形状をFig.１に示す．同形状に機械加工後，加工の影響相を取り除くために試験部表面を直径で約0.1~0.2mm電解研磨した．最小断面部表面における応力集中率は1.04である．
試験機は電気油圧サーボ式疲労試験機を用いた．試験は応力比（R）=0.1の軸力部分片振下で行い，繰返し速度は10Hzとした．表面および破面観察には走査形電子顕微鏡(SEM)を用い，アモルファス度を見るためにはX線回折装置(XRD)を用いた．
Fig.1 Configuration of test specimen.
研究成果
S-N曲線をFig.2,3に示す．縦軸は，Fig.2は繰返し応力半振幅（σa）を引張強さ（σB
）で除したσa /σB，Fig.3はσaであり，横軸はいずれの図も破断繰り返し数(Nf
)である．Fig.2には今回のデータと比較するために既報の筆者らによるZr基ナノ結晶分散BGA15)のデータに加え，国内外の他の研究者によるZr基3,4)，
Pd基の単相BGA5)およびZr基ナノ結晶分散BGA16)と，Co基7)，Pd基6)，Ni基7,10,11)，Fe基8,9)の薄膜アモルファス合金のデータも合わせて示している．また，Fig.3では実用結晶合金との比較を行っている．今回得られたTi基BGAの耐久比（σw
/σB）は0.40，疲労限度（σw）は806 MPa，Cu基BGAのσw /σBは0.25，σwは490
MPaである．
負荷が軸荷重でRが0と今回の試験条件とほぼ同じ条件下で得られた結晶合金のデータと比較したFig.3を見ると，Ti基BGAのσw=806
MPaは，高強度結晶合金であるクロムモリブデン合金鋼（JIS SCM435）や合金工具鋼(JIS
SKD61)の高σw=約500 MPa12,20)を遥に凌いでおり，超高疲労限度と言っても過言でない大きな値であることが分かる．
単相材と比べてナノ結晶分散材のσwが大きい原因は，ナノ結晶が疲労によるすべりの発生と成長を阻止したことが考えられた．σwがTi基BGA，Cu基BGA，Zr基BGAの順に高くなった原因には，この順に疲労き裂発生部付近の欠陥寸法が小さいこと，およびσBが大きいことも関係していると考えられた．
Fig.2 S-N curves normalized by the tensile strength σB of
bulk glassy alloys and thin film metallic
amorphous alloys.
Fig.3 Comparison between S-N curves of bulk glassy alloys
and crystalline alloys under axial loading.
今後の課題
１． 疲労き裂の発生挙動の観察．
２． BMGが本質的に高い疲労限度を有するのかを調べるため，他の金属基BMGにおいて疲労試
験を実施し，疲労限度を実験的に調査する．
キーワード
バルク金属ガラス，アモルファス，非晶室，疲労限度，破壊力学，フラクトグラフィ
成果発表等
以降参照．本テーマと密接に関係する発表は番号を○で囲んでいる．また，論文として学会誌に投稿中である．
平成１7年度（２００５年度）特別教育研究費報告書 貼付参考資料
論文リスト（2005/4/1～2006/3/3）
| 番号 |
著者名（全員） |
題目 |
雑誌名 |
巻（年）頁 |
| 1 |
Kazutaka Fujita, Jyunji Ohgi, Vaclav Vitek, TaoZhang and Akihisa Inoue |
Molecular Dynamics Simulation on anelasticity under Tensile and Shearing Stresses in Single Component Amorphous Metal |
Materials Transactions |
Vol.46, No12(2005) 2875-2879 |
| 2 |
Kazutaka Fujita，Yasuo Morishita，Nobuyuki Nishiyama，
Hisamichi Kimura，Akihisa Inoue |
Cutting Characteristics of Bulk Metallic Glass |
Materials Transactions |
Vol.46, No12(2005) 2856-2863 |
| 3 |
Kazutaka Fujita 1,a, Nobuyuki Nishiyama 2,b, Kenji Amiya 2,c, Tao Zhang 3,d, Hisamichi Kimura 4,e, Akihisa Inoue 4,f |
Fracture Toughness in Zr-Based Bulk Metallic Glass |
Journal of Metastable & Nanocrystalline Materials |
Vols.24-25
（2005）323-326 |
口頭発表リスト（2005/4/1～2006/3/31）
番
号 |
発表者名（全員） |
題目 |
発表学会名 |
開催地 |
年月 |
| 1 |
藤田和孝，網谷健児 沈宝龍， 張 偉，木村久道，井上明久 |
Cu-Hf-Tiバルク金属ガラスの疲労強度 |
日本金属学会2006年度春期大会講演概要 |
早稲田大理工学部 |
2006/3/21-23 |
| 2 |
藤田和孝，横山嘉彦，木村久道，井上明久 |
バルク金属ガラスの破壊靱性に及ぼす負荷速度と試験片切欠き底半径の影響
|
日本金属学会2005年度秋期大会講演概要，p.264 |
広島大学工学部 |
2005/9/28-30 |
| 3 |
Kazutaka FUJITA, Akinori OKAMOTO，Nobuyuki NISHIYAMA, Yoshihiko YOKOYAMA,
Hisamichi KIMURA and Akihisa INOUE |
Fracture toughness in Zr-, Pd-, Cu- and Ti-based Bulk Glassy Alloys |
Abstracts of The 12th International Conference on Rapidly Quenched & Metastable Materials,
p.148 |
Jeju, Korea |
2005/8/21-26 |
| 4 |
Kazutaka FUJITA, Tetsuro HASHIMOTO，Wei ZHANG, Hisamichi KIMURA and Akihisa
INOUE |
Fatigue Strength in a Cu- and Ti-based bulk glassy alloys |
Abstracts of The 12th International Conference on Rapidly Quenched & Metastable Materials,
p.147 |
Jeju, Korea |
2005/8/21-26 |
| 5 |
Kazutaka FUJITA, Akinori OKAMOTO, Nobuyuki NISHIYAMA,
Yoshihiko YOKOYAMA, Hisamichi KIMURA and Akihisa INOUE |
Effects of Loading Rates, Notch Root Radius and Specimen Thickness on Fracture Toughness in Bulk Metallic Glasses
|
Abstract of 12th Int. Symp. ,Metastable, Mechanically Alloyed and Nanocrystalline
Materials, PⅡ-26 |
Paris, France |
2005/7/3-7 |
|
